一、电磁灶功率输出级的工作模式
20世纪80年代末曾风行的电磁灶,其功率输出级工作原理如图1所示。功率晶体管BG在激励脉冲下开通一次,电流经过加热线圈L、BG回到电源负极;BG截止后,L中电流不能突变,经谐振电容c2,高频旁路电容c1形成回路;当L中电流降至零时,c2中电压充至最高;此后C2通过L、C1开始放电;当c2电压降至零时,L中电流不能突变,此时L中电流通过C1,续流二极管D形成回路;当L中电流为零时BG又一次开通,重复上述过程。波形见图2。
该模式的最大缺点是C2上的峰值电压为输入电源峰值电压的3—4倍,并且随着输出功率的加大而急剧升高。增大C2可以降低峰值电压,但导致工作频率下降,影响电磁灶的热效率。在220V供电下,C2上的峰值电压约900—1300V,对于BVceo≥1000V,BVcbo≥1500V的功率晶体管来讲,已处于极限工作状态,耐压裕量无法保证。一但输入电压有较大波动,或c2容量变小、开路,会立即击穿功率管。这就是当时电磁灶无法推广应用的主要原因。
图3是电磁灶功率输出级的新工作模式示意图,客运列车上全自动电磁式电茶炉功率输出级工作模式与此相同。其中,谐振电容c,加热线圈L处于串联谐振状态。T1、T4、T2、T3轮换导通、截止。功率管上工作波形如图4所示。功率管集电极电压幅值等于电源电压幅值,并且与输出功率大小无关。这就使得电磁灶的可靠性有了理论上的保证,加上采取电源过电压超前保护,过电压吸收等措施后,电压击穿功率管的可能性几乎不存在。实践证明,即使谐振电容变值、开路也无妨。按图3电路的工作模式,再配上激励电路、有锅无锅检测电路,可获得功率固定的电磁灶电路。
二、有锅无锅检测
从灶面上移去锅子必须立即切除加热功率,因而必须设计有锅无锅检测电路图5是有锅无锅检测原理示意图。单相电源全波整流后波形如图5(a)所示。在电源零点附近设置一试探脉冲,如图5(b)。在图1的电路中,如果灶面上无锅,试探脉冲届,有电流在L与c2中振荡,波形见图5(c);若灶面上有锅,则振荡迅速衰减,波形见图5(d)。因此可以用脉冲计数法,或电压幅值检测法来判断有无锅。用脉冲计数法,抗干扰性强,正确无误,是优选电路。对三相交流供电的电磁灶,整流后直流电压无零点出现,不能用上述办法,可用电流相位判别法,请读者注意。
三、频率跟踪
为使电磁灶可使用不同材质、不同厚度、不同口径(凹形锅曲率不宜变化太大)的铁磁性锅,必须采用频率跟踪电路使激励脉冲频率跟随输出谐振回路频率,以保证功率管在电流过零点时开通与截止,这样做管子损耗极小,调试时可不用风扇冷却工作十几分钟。否则因功率管损耗极大,十几秒钟内便可被烧毁。
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